低轨卫星通信系统中的定时同步方法技术方案

一种低轨道卫星通信系统中的定时同步方法，其特征在于，包括：选择最长线性反馈移位寄存器序列构造训练符号，所述训练符号具有前后相反的两部分，总长度为N，前半部分N/2与后半部分N/2相反，同时每个N/2部分中的两部分N/4呈共轭反对称；进一步改进训练符号的时域结构，使所述时域结构成为双重共轭反对称的结构；将改进后的训练符号按照定时同步度量函数进行计算，获得时域度量结果。上述方法能够消除定时位置的相关峰值，不会出现平台效应，同时旁瓣现象也得到了很好的抑制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低轨卫星通信系统
，尤其涉及一种低轨卫星通信系统中定时同步方法。
技术介绍
卫星通信是指设置在地球上(包括地面、水面和低层大气中)的无线电通信站之间利用人造地球卫星作中继站转发或发射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。卫星通信属于空间无线电通信的一种，与其他通信方式相比，卫星通信具有覆盖范围广、通信容量大、距离远、不受地理条件限制、性能稳定可靠等优点，并与光纤通信、数字微波通信一起成为现代远距离通信的支柱，得到了越来越广泛的应用。根据卫星轨道高度的不同，卫星移动通信系统可以分为静止轨道(GeostationaryOrbit,GEO)、中轨道(MediumEarthOrbit,MEO)和低轨道(LowEarthorbit,LEO)这三种。未来的通信需要保证向全球任何地点、任何时间的用户提供灵活的多媒体业务，因此卫星通信也面临着支持宽带高速多媒体服务的挑战。GEO系统技术成熟，成本相对较低，可以获得较大的覆盖范围，但对于宽带多媒体通信卫星来说，高轨道意味着传输延时大、发射成本也更高，而且目前GEO同步轨道资源严重不足，因此人们一方面考虑使用中低轨道卫星，另一方面采用频带利用率高的传输机制。LEO系统的轨道高度低，重量轻，研发周期短，研发成本低，同时具有传输时延短、链路损耗小、避开了GEO轨道的拥挤等优点，近年来已成为全球卫星通信领域的研究热点。卫星移动信道同时具有卫星信道和移动信道的特征，存在着多径效应、阴影效应、多普勒效应，严重影响信号传输的可靠性。LEO卫星在复杂的地面接收环境下，卫星信号会受到建筑物和树木的遮挡，其信道又具有时变和衰落的特性。由于OFDM技术对频带的高效利用可以极大提高信息传输速率；同时卫星通信传输过程中经历地理环境较复杂，OFDM的抗多径的特点可以削弱复杂多变的环境对信号传递的负面影响。因此将OFDM技术与卫星通信相结合，既能发挥OFDM技术的优势，也符合卫星通信发展趋势。虽然OFDM技术能够有效缓解LEO卫星频带资源紧张的问题，但其对频率同步性要求十分严格。由于LEO卫星距地球表面较近且移动速度较快，这将导致十分可观的多普勒效应，从而引起信道的时间选择性衰落。对于OFDM系统来说，卫星移动所造成的多普勒效应会导致子载波间正交性的破坏，引起子载波间干扰(Inter-channelInterference,ICI)，从而影响信号检测的效果。因此研究同步技术来有效抑制信道中的多普勒效应对LEO卫星OFDM系统具有非常重要的现实意义。对频偏敏感是OFDM技术的两大缺点之一，同步技术也是OFDM的关键技术之一。通常OFDM系统存在着载波同步、采样同步和定时同步，而在OFDM的同步过程中，一般先进行定时同步。定时同步是为了找到每个OFDM符号的起始位置，使得接收端进行FFT和发射端进行IFFT运算的窗起止时刻相同，从而实现正确的解调。如果定时同步不准确可能会影响接下来进行的频偏估计，从而使得系统整体同步性能下降，因此定时同步是至关重要的环节。国外一些学者已经对此已有研究，比如Schmid在文献[T.Schmidl,D.Cox.RobustFrequencyandTimingSynchronizationforOFDM[J].IEEETransactionsonCommunications.1997,45(12):1613-1621.]中提出了一种基于训练序列的同步方法，但从该算法的定时度量仿真图中不难发现，Schmidl算法的定时度量在峰值点附近存在一个小平台，其会为符号的起始位置的确定带来了误差。对此H.Minn在文献[H.Minn,M.Zeng,V.K.Bhargava.OnTimingOffsetEstimationforOFDMSystems[J].IEEECommunicationsLetters.2000,4(7):242-244.]中提出了一种改进方案，消除了平台效应，但其定时度量包含了旁瓣，当信噪比较低时，旁瓣值可能会超过主瓣从而造成定时模糊。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种低轨卫星通信系统中的定时同步方法，解决定时模糊问题。未解决所述问题，本专利技术提供一种低轨道卫星通信系统中的定时同步方法，包括：步骤一、构造训练符号，所述训练符号总长度为N，前半部分N/2与后半部分N/2符号相反，同时每个N/2部分中的两部分N/4呈共轭反对称；步骤二、改进训练符号的时域结构，使所述时域结构成为双重共轭反对称的结构；步骤三、将改进后的训练符号按照定时同步度量函数进行计算，获得时域度量结果。进一步，所述步骤一包括：步骤S1：采用m序列发生器连续发出N/2+1个序列，记为x0(k)，k＝0,1,…,N/2；步骤S2：将x0(k)通过一个零值差值器，对x0(k)的相邻的两个序列之间插入1个零值点，将原来的序列变为N+1个，记为x1(k)，k＝0,1,…,N；步骤S3：将x1(k)通过一个高通滤波器，滤除x1(k)的第一个序列，此时原来的序列变为N个，记为x2(k)，k＝1,…,N；步骤S4：将x2(k)进行N点IFFT，记为x(k)，k＝1,…,N。进一步，所述步骤二包括：步骤S5：将x(k)分别通过两个不同的带通滤波器，记为BPF1:N/4和BPFN/4+1:N/2，分别保留x(k)的1～N/4以及N/4+1～N/2个序列，通过这两个带通滤波器后的序列可以分别简记为x1:N/4和xN/4+1:N/2，并将其分别取共轭，得到x*1:N/4和x*N/4+1:N/2；步骤S6：分别简记为X＝x1:N/4、X*＝x*1:N/4、Y＝xN/4+1:N/2、Y*＝x*N/4+1:N/2，并按照[X；Y；X*；Y*]的方式进行排列。进一步，所述定时同步度量函数为其中，d为移位相关窗口内第一个采样样本的序号，sk,k＝1,…,N为接收端收到的改进后训练符号中的第k个采样序列，为对X、Y*中的N/4个训练符号分别进行双重相关运算并求和，为改进后训练符号的能量值。进一步，所述训练符号中，X(k)＝-Y*(N/4-1-k),k＝0,1,…,N/4-1，其中X与Y为共轭反对称。本专利技术对训练符号采用另一种的方法进行重新构造，以此提出一种新的双重共轭反对称的结构，在进行符号同步的定时度量的时候能够消除定时位置的相关峰值，不会出现平台效应，同时旁瓣现象也得到了很好的抑制。附图说明图1为本专利技术一具体实施方式的训练符号的时域结构图；图2为本专利技术一具体实施方式的改进后的训练符号的时域结构图；图3是本专利技术一具体实施方式的构造训练符号的流程示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的低轨卫星通信系统中的定时同步方法的具体实施方式做详细说明。本专利技术的目的在于提供一种新的LEO卫星OFDM系统定时同步的设计方案，该方案在原来H.Minn方案的基础上，对训练符号采用另一种的方法进行重新构造，以此提出一种新的结构，以期在进行符号同步的定时度量的时候能够消除定时位置的相关峰值，从而解决H.Minn方案定时模糊的问题。本专利技术的具体实施方式中，对训练符号所采用的新的构造方法，包括了如下几个步骤：第一步：选择合适的PN序列(伪随机噪声序列)来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低轨道卫星通信系统中的定时同步方法，其特征在于，包括：步骤一、构造训练符号，所述训练符号总长度为N，前半部分N/2与后半部分N/2符号相反，同时每个N/2部分中的两部分N/4呈共轭反对称；步骤二、改进训练符号的时域结构，使所述时域结构成为双重共轭反对称的结构；步骤三、将改进后的训练符号按照定时同步度量函数进行计算，获得时域度量结果。

【技术特征摘要】
1.一种低轨道卫星通信系统中的定时同步方法，其特征在于，包括：步骤一、构造训练符号，所述训练符号总长度为N，前半部分N/2与后半部分N/2符号相反，同时每个N/2部分中的两部分N/4呈共轭反对称；步骤二、改进训练符号的时域结构，使所述时域结构成为双重共轭反对称的结构；步骤三、将改进后的训练符号按照定时同步度量函数进行计算，获得时域度量结果。2.根据权利要求1所述的低轨道卫星通信系统中的定时同步方法，其特征在于，所述步骤一包括：步骤S1：采用m序列发生器连续发出N/2+1个序列，记为x0(k)，k＝0,1,…,N/2；步骤S2：将x0(k)通过一个零值差值器，对x0(k)的相邻的两个序列之间插入1个零值点，将原来的序列变为N+1个，记为x1(k)，k＝0,1,…,N；步骤S3：将x1(k)通过一个高通滤波器，滤除x1(k)的第一个序列，此时原来的序列变为N个，记为x2(k)，k＝1,…,N；步骤S4：将x2(k)进行N点IFFT，记为x(k)，k＝1,…,N。3.根据权利要求2所述的低轨道卫星通信系统中的定时同步方法，其特征在于，所述步骤二包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：马天鸣，李世举，姜泉江，李光，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：上海;31